I. Kirish va adabiyotlar tahlili 3 II asosiy qism 7

NOMUVOZANAT P-N O„TISH

Yarim o‗tkazgichli asboblarning ko‗pchiligi bir jinsli bo‗lmagan yarim o‗tkazgichlardan tayyorlanadi. Xususiy holatda bir jinsli bo‗lmagan yarim o‗tkazgich bir sohasi p-turdagi, ikkinchisi esa - n turdagi monokristaldan tashkil topadi.

Bunday bir jinsli bo‗lmagan yarim o‗tkazgichning p va n - sohalarning ajralish chegarasida hajmiy zaryad qatlami hosil bo‗ladi va bu sohalar chegarasidagi ichki elektr maydoni yuzaga keladi va bu qatlam elektron -kovak o‘tish yoki p-n o‘tish deb ataladi. Ko‗p sonli yarim o‗tkazgichli asboblar va integral mikrosxemalar ishlash prinsipining p-n o‗tish xossalariga asoslangan.

P-n o‗tish o‗tish hosil bo‗lish mexanizmini ko‗rib chiqamiz. Soddalik uchun, n - sohadagi elektronlar va p - sohadagi kovaklar sonini teng olamiz. Bundan tashqari, har bir sohada uncha katta bo‗lmagan asosiy bo‗lmagan zaryad tashuvchilar miqdori mavjud. Xona temperaturasida p - turdagi yarim o‗tkazgichda akseptor manfiy ionlarining konsentratsiyasi № kovaklar konsentratsiyasi r_rga, n - turdagi yarim o‗tkazgichda donor musbat ionlarining

konsentratsiyasi Nd elektronlar konsentratsiyasi n_n ga teng bo‗ladi. Demak, p va n

• 
  sohalar o‗rtasida elektronlar va kovaklar konsentratsiyasida sezilarli farq mavjudligi tufayli, bu sohalar birlashtirilganda elektronlarning p - sohaga, kovaklarning esa n - sohaga diffuziyasi boshlanadi.
  

Diffuziya natijasida n- soha chegarasida elektronlar konsentratsiyasi musbat donor ionlari konsentratsiyasidan kam bo‗ladi va bu soha musbat zaryadlana boshlaydi. Bir vaqtning o‗zida p- soha chegarasidagi kovaklar konsentratsiyasi kamayib boradi va u akseptor kiritmasi bilan kompensatsiyalangan ion zaryadlari hisobiga manfiy zaryadlana boshlaydilar. Plyus va minusli aylanalar mos ravishda donor va akseptor ionlarini tasvirlaydi.

Hosil bo‗lgan ikki hajmiy zaryad qatlami p-n o‗tish deb ataladi. Bu qatlam harakatchan zaryad tashuvchilar bilan kambag‗allashtirilgan. SHuning uchun uning solishtirma qarshiligi p- va n - soha qarshiliklariga nisbatan juda katta. Ba‘zi hollarda adabiyotlarda bu qatlam kambagallashgan yoki i -soha deb ataladi.

Yuqorida aytib o‗tilganidek, uncha katta bo‗lmagan teskari kuchlanishlarda I₀ qiymati katta emas. Teskari kuchlanish ma‘lum chegaraviy qiymatga U_cheg etganda, teskari tok keskin ortib ketadi, o‗tishning elektr teshilishi yuz beradi.

Agar p-n o‗tishga tashqi kuchlanish manbai U ulansa, u holda muvozanat sharti buziladi va tok oqib o‗ta boshlaydi. Agar kuchlanish manbaining musbat qutbi p-turdagi sohaga, manfiy qutbi esa «-turdagi sohaga ulansa, bunday ulanish to‘gri ulanish deb ataladi (4-rasm).

Kuchlanish manbaining elektr maydoni kontakt maydon tomonga yo‗nalgan bo‗ladi, shu sababli p-n o‗tishdagi natijaviy maydon kuchlanganligi kamayadi. Maydon kuchlanganligining kamayishi potensial to‗siq balandligini kuchlanish manbai qiymatiga kamayishiga olib keladi: U_K = U₀. Bu vaqtda p-n o‗tish kengligini ham kamayishini ko‗rish mushkul emas.

Potensial to‗siq balandligining kamayishi shunga olib keladiki, p-n o‗tish orqali harakatlanayotgan asosiy zaryad tashuvchilarni soni ham ortadi, ya‘ni diffuziya toki ortadi. Har bir sohada ortiqcha asosiy bo‗lmagan zaryad tashuvchilar

konsentratsiyasi yuzaga keladi - n-sohada kovaklar, p-sohada elektronlar. Biror yarim o‗tkazgich sohasiga asosiy bo‗lmagan zaryad tashuvchilarni siqib kiritish jarayoni injeksiya deb ataladi.

4. 
   Rasm.
   

Kuchlanish o‗zgarishi bilan diffuziya tokining o‗zgarishi eksponensial qonun asosida ro‗y beradi:

(1)

bu erda I₀ - dreyf toki bo‗lib, uni p-n o‘tishning teskari toki deb ham atashadi.

To‗g‗ri kuchlanish berilganda potensial to‗siq balandligiga teskari tok ta‘sir ko‗rsatmaydi, chunki bu tok faqat p-n o‗tish orqali birlik vaqt ichida tartibsiz issiqlik harakati tufayli olib o‗tilayotgan asosiy bo‗lmagan zaryad tashuvchilarning soni bilan belgilanadi. Diffuziya va dreyf toklari bir-biriga nisbatan qarama-qarshi yo‗nalgan bo‗ladi, shu sababli p-n o‗tish orqali oqib o‗tayotgan natijaviy (to‗g‗ri) tok (1) dan kelib chiqqan holda

(2)

I₀ toki germaniyli p-n o‗tishlarda o‗nlab mkA yoki kremniyli p-n o‗tishlarda nanoamperlarni tashkil etadi va temperatura ortishi bilan kuchli ravishda tok ham ortadi. Lekin I₀ qiymatidagi katta farq ta‘qiqlangan zona kengligi bilan aniqlanadi.

Agar kuchlanish manbaining musbat qutbi n -turdagi sohaga, manfiy qutbi esa p -turdagi sohaga ulansa, bunday ulanish teskari ulanish deb ataladi (4 - rasm).

5. 
   Rasm.
   

Kuchlanish manbaining elektr maydoni o‗tishning kontakt maydoni yo‗nalgan tomonga yo‗nalgan. Shu sababli potensial to‗siq balandligi ortadi va U_K

= U₀ ga teng bo‗ladi. Teskari kuchlanish qiymatining ortishi p-n o‗tish

kengligining kengayishiga olib keladi (1_To‘_G -< 1_TESK). Amaliy hisoblarda quyidagi ifodadan foydalanish qulay:

bu erda l₀ -tashqi maydon ta‘sir etmagandagi p-n o‘tish

kengligi,  - yarim o‗tkazgich nisbiy dielektrik doimiysi, ₀ - elektr doimiy.

Potensial to‗siqning ortishi diffuziya tokining kamayishiga olib keladi.

Diffuziya tokining o‗zgarishi eksponensial qonun asosida ro‗y beradi


. (4)

Dreyf toki potensial to‗siq balandligiga bog‗liq emasligi va I₀ ga teng bo‗lganligi sababli, p-n o‗tishdan o‗tayotgan natijaviy tok

I_tesk= -I₀=I₀( (5)

Teskari ulanishda kontaktlashuvchi yarim o‗tkazgichlardan asosiy bo‗lmagan zaryad tashuvchilar chiqarib olinadi (ekstraksiya). Shu sababli teskari tok ekstraksiya toki deb ataladi.

p-n o‗tish tokining unga berilayotgan kuchlanishga bog‗liqligi I=f(U) volt- amper xarakteristika (VAX) deyiladi. (2) va (5) lar asosida umumiy holda eksponensial bog‗liqlik yordamida ifodalanadi (3, a - rasm).
I=I₀( -1). 6)

Agar p-n o‗tishga to‗g‗ri kuchlanish berilgan bo‗lsa, U₀ kuchlanish ishorasi - musbat, teskari kuchlanish berilgan bo‗lsa esa - manfiy bo‗ladi.

U_TUG > 0,1 V bo‗lsa eksponensial songa nisbatan birni hisobga olmasa ham bo‗ladi va kuchlanish ortishi bilan tok ham eksponensial ortib boradi. Teskari kuchlanish berilganda esa -0,2 V kuchlanish qiymatida tok I₀ qiymatiga etib keladi va keyinchalik kuchlanish qiymati o‗zgarmaydi. I0 kattaligi shu sababli teskari ulangan p-n o‘tishning to‘yinish toki deb ham ataladi.

6. 
   Rasm.
   

Teskari tok to‗g‗ri tokka nisbatan bir necha darajaga kichik, ya‘ni p-n o‗tish to‗g‗ri yo‗nalishda tokni yaxshi o‗tkazadi, teskari yo‗nalishda esa yomon. Demak, p-n o‗tish to‗g‗rilovchi harakat bilan xarakterlanadi va uni o‗zgaruvchi tokni to‗g‗rilashda qo‗llashga imkon beradi.
Eksponensial tashkil etuvchi temperatura ortishi bilan kamayishiga qaramay VAX to‗g‗ri shaxobchasidagi qiyalik ortadi (6, b-rasm).
Bu hodisa I₀ning temperaturaga kuchli to‗g‗ri bog‗liqligi bilan tushuntiriladi. To‗g‗ri kuchlanish berilganda temperatura ortishi bilan tok ortishiga olib keladi. Amaliyotda p-n o‗tish VAXga temperaturaning bog‗liqligi kuchlanishning temperatura koeffitsienti (KTK) deb ataladigan kattalik bilan baholanadi. KTKni aniqlash uchun temperaturani o‗zgartirib borib, o‗zgarmas tokdagi p-n o‗tish kuchlanishini o‗zgarishi o‗lchab boriladi.
Odatda KTK manfiy ishoraga ega, ya‘ni temperatura ortishi bilan o‗tishdagi kuchlanish kamayadi. Kremniydan yasalgan p-n o‗tish uchun KTK 3 mV/grad darajani tashkil etadi.

(6) ifoda ideallashtirilgan p-n o‗tish VAX sini ifodalaydi. Bunday o‗tishda p va n-sohalarning hajmiy qarshiligi nolga teng va tok o‗tish vaqtida p-n o‗tishda rekombinatsiya jarayoni sodir bo‗lmaydi deb hisoblanadi. Real o‗tishda esa baza qarshiligi o‗nlab Omga teng bo‗ladi. Shu sababli (6) ifodaga p-n o‗tishdagi va tashqi kuchlanish U₀ orasidagi farqni hisobga oluvchi o‗zgartirish kiritiladi

I=I₀=( )